Одна из первых установок в стране позволит быстро и качественно изготавливать сложные металлические изделия для промышленности
На площадке подольского Научно-исследовательского института Научно-производственного объединения «ЛУЧ» (АО «НИИ НПО «ЛУЧ», входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом») разработали опытный образец установки селективного электронно-лучевого плавления порошка (СЭЛП) с высокотемпературным подогревом рабочего объёма. Установка предназначена для аддитивного производства изделий сложной формы из порошков тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, ниобия и других) и их композиций, например, узлов турбоагрегатов.
Работа ведется в рамках федерального проекта «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем» комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий (КП РТТН).
Полученные по технологии СЭЛП изделия обладают высокими физико-механическими характеристиками материала, не уступают по качеству продукции, получаемой классическими методами (переплав с последующей механической обработкой). По сравнению с традиционными типами производства предложенные технологические подходы позволяют создавать изделия более сложной конфигурации за меньшее время и с меньшими трудозатратами, что уменьшает себестоимость минимум на 20% при одновременном увеличении скорости производства в 3-4 раза.
Также технологии позволяют достаточно быстро производить нестандартные изделия для различных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, что позволит обеспечить технологическую независимость предприятий атомной и других отраслей.
«В процессе СЭЛП контуры слоёв выращиваемой модели выстраиваются электронным пучком, который плавит порошковый материал в определенных местах. Процесс построения основан на данных системы автоматизированного проектирования об изделии, разделённом на слои постоянной толщины. Процесс протекает в вакууме, что особенно важно для металлов и сплавов, активно взаимодействующих с газами, такими как кислород и азот, то есть в процессе создания изделия не окисляются», — поясняет начальник лаборатории аддитивных технологий Научно-технического центра «ИСТОК» Сергей Пшенов.
Использование технологий аддитивного производства позволяет создавать сложные по геометрии металлические изделия (точность изготовления на уровне 100 мкм), ускорить процесс производства конечных изделий, сократив некоторые технологические процессы, свести к минимуму «человеческий фактор», а во многих случаях обеспечить существенный экономический эффект.
Уникальность и главная особенность разработанной технологии селективного электронно-лучевого плавления заключается в том, что она обеспечивает возможность изготовления изделий из тугоплавких металлов и их сплавов с высокими физико-механическими свойствами материала, которые способны работать в условиях высоких температур и являются востребованными в ядерной технике и других областях.
Также, в процессе реализации работы в рамках федерального проекта «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем» был решен целый комплекс задач, что обеспечило полный цикл производства от сырья из тугоплавких металлов до изделий сложной формы, а также научно-технический задел в области конструкторской разработки от ключевых компонентов до конкурентоспособного аддитивного оборудования.
Разработанный в АО «НИИ НПО «ЛУЧ» опытный образец 3D-принтера является одной из первых в стране установок для аддитивного производства изделий из тугоплавких металлов. Критические узлы установки обладают высокой степенью локализации и на 90% состоят из отечественных комплектующих. На следующем этапе реализации проекта специалисты института разработают нормативные документы для дальнейшего запуска серийного производства.
Помимо успешного решения основных задач проекта в ходе выполнения работ было положено начало к активному развитию компетенций Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» в области разработки и проектирования электронно-лучевых источников, повсеместно используемых в различных областях промышленности Российской Федерации.
Для справки:
Комплексная программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП «РТТН») разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ. Она включает разработку новых передовых технологий и материалов, образцов новой техники, техническое перевооружение, строительство уникальных комплексов и объектов инфраструктуры в области атомной энергетики и управления реакциями термоядерного синтеза, а также атомных станций малой мощности. В апреле 2022 года указом Президента РФ принято решение о продлении КП РТТН до 2030 года. Головной научной организацией по КП РТТН определен НИЦ «Курчатовский институт».
В атомной промышленности создана полная технологическая цепочка от изготовления 3D‑принтеров, разработки программного обеспечения, производства металлических порошков до предоставления услуг 3D‑печати. При этом атомная отрасль выступает одновременно и поставщиком, и крупным заказчиком аддитивного производства. Аддитивные технологии позволяют производить детали и комплектующие, которые сложно изготовить традиционными методами с применением литья и механообработки. Кроме того, трехмерная печать позволяет снизить массу изделий, оптимизировать затраченные материалы и значительно сократить сроки производства. Современные 3D-принтеры позволяют перенастраивать параметры печати для изготовления изделий различного назначения или размера, единичного или массового производства. Продукция 3D-печати используется в самых разных областях, от ядерных технологий до медицины.
Перед российской промышленностью стоит цель в кратчайшие сроки обеспечить технологический суверенитет и переход на новейшие технологии. Государство и крупные отечественные компании направляют ресурсы на ускоренное развитие отечественной исследовательской, инфраструктурной, научно-технологической базы. Внедрение инноваций и нового высокотехнологичного оборудования позволяет «Росатому» и его предприятиям занимать новые ниши на рынке, повышая конкурентоспособность атомной отрасли и всей российской промышленности в целом.